12202.smceo2(111)表面co分子催化氧化機理的第一性原理研究

1、碩士學(xué)位論文Sm—Ce02(111)表面CO分子催化氧化機理的第一性原理研究First—PrinciplesStudyofthecatalyticoxidationmechanismforCOoxidationonSmdopedCe02(111)surface學(xué)號：21305048完成日期：201605大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要籠罩在全世界范圍內(nèi)環(huán)境治理的壓力加劇了人

2、們對高性能催化材料的需求。Ce02由于良好的儲／釋氧能力作為取代貴金屬理想的候選材料，越來越受到人們的關(guān)注。一方面單組分的Ce02難以達到人們對催化性能的要求，迫切需要開發(fā)新型的Ce02基催化劑，其中摻雜往往是一種很有效的方式；另一方面由于催化化學(xué)反應(yīng)過程反應(yīng)物分子相互作用速率很快，傳統(tǒng)的實驗和檢測方法無法從分子和原子的角度對催化劑催化過程和機理給出直觀和清晰的解釋，因此從原子和分子角度揭示催化劑催化活性的影響因素及反應(yīng)機理很有必要和意

3、義。本文基于Ce02在汽車尾氣三元催化劑方面的應(yīng)用，采用第一性原理DFTU的方法研究了Sm摻雜和負載條件下Ce02(111)表面的催化性能及CO分子在SmoosCeo9202(111)表面的吸附與氧化。并從氧空位形成能、幾何結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)及電荷分布等方面對CO分子在摻雜表面的催化氧化機理進行了分析和解釋。主要包括以下內(nèi)容：首先，建立了純Ce02(111)表面模型，通過計算Ce02(111)表面的氧空位能、電子結(jié)構(gòu)等并與他人的計算結(jié)果進行

4、對比，驗證了模型和計算方法的正確性，為后續(xù)的Sm負載和摻雜模型的建立和計算奠定了良好的基礎(chǔ)。其次，在純Ce02(111)表面模型基礎(chǔ)上建立Sm／Ce02(111)表面模型，對Sm負載Ce02(111)表面的催化性能進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)由于Sm的負載使得體系氧空位形成能大幅增加，表明Sm原子的負載抑制了表面和次表面氧空位的形成，不利于Ce02(111)表面催化活性的提高。再則，在純Ce02(111)表面模型基礎(chǔ)上建立Smo08Ceo920

5、2(111)表面模型，對Sm摻雜的Ce02(1l1)表面的催化性能進行了研究。通過計算不同位置氧空位形成能，發(fā)現(xiàn)Sm的摻雜能夠有效激活表層和次表層的氧原子，大幅降低摻雜表面的氧空位形成能進而提高表面的催化性能。然后就幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)兩方面對摻雜表面氧空位形成能的變化進行分析，揭示了Sm摻雜后幾何結(jié)構(gòu)的畸變以及Sm原子對其周邊氧原子的O2p態(tài)的影響是氧空位形成能下降的最本質(zhì)因素。最后，對CO小分子在SmoosCe09202(111)表面